基于GNSS的欧洲铁路信号研究与发展调查

摘 要：目前，卫星定位已经在铁路运输系统中非安全相关的领域得到了应用。从经营成本考虑，全世界范围都在对卫星定位系统的新用途，特别是在铁路信号系统中的应用进行研究和测试。由于铁路信号系统对安全性的要求极高，加之受设计规范的严格限制以及现有体系的发展惯性，信号领域基于全球卫星导航系统的研究应用进展相对缓慢。本文重点介绍欧洲铁路基于全球卫星导航系统（GNSS）的相关研究应用、标准、性能要求和解决方案情况;同时还介绍了卫星定位系统在航空领域的相关应用，分析了这些应用在陆路运输环境下的可借鉴之处和受限因素。

关键词：铁路GNSS;欧洲;铁路信号

中图分类号：TN91 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）04-0058-05

1 铁路GNSS的发展背景

众所周知，现代智能交通控制系统的正常运作强烈依赖定位信息。在铁路智能系统中列车定位是一项关键数据。列车定位信息不仅用于调度员信息、乘客信息、危险货物追踪，也用于车门开启时机选择等精确定位或维护。根据相关需求，被定位目标可以是机车、货车，甚至是上道工作人员，以免其发生事故。

在欧洲，列车定位依靠轨旁设备辅助完成。轨道电路就是一种简单的典型电气设备，它不定位特定的列车，而是间接地反映轨道区段的占用情况;在轨旁传感器的帮助下，也能够完成车辆定位，实现列车防护功能。由于在欧洲铁路网中存在不同类型的轨旁传感器，为了寻找一种可互操作的通用解决方案，随之开发了欧洲列车控制系统（ETCS），用于信号、控制和列车防护。ETCS分为4个等级，以便从实际系统无缝过渡到使用最少轨旁设备的轻型系统。在ETCS中，轨道上安装1个或1组应答器，用以检测列车何时经过，从而判断轨道区段是否占用。列车经过应答器时初始化里程表，通过列车经过应答器后的走行距离来确定列车位置。

对于信息服务或设施定位和监测等非安全相关的应用，全球卫星导航系统（GNSS）技术提供了低成本和有效的解决方案，它将有效的用户定位信息通过传统的通信设备传送到中心服务器，而不需要确保其完整性、安全性或稳定性。如澳大利亚铁路轨道公司（ARTC）使用增强型GNSS，为维护、跟踪测量或定位信号设施提供了满意的定位服务。

2 GNSS原理

基于卫星的定位方法依赖于测量传播时间。目前著名的GNSS是美国全球定位系统（GPS）、俄罗斯GLONASS定位系统、欧洲的GALILEO定位系统以及中国的“北斗”定位系统，所有这些系统都由非对地静止卫星组成，其基本原理大体相同。每个卫星广播连续编码信号，且每个卫星的代码互不相同，接收器通过识别卫星代码来区分编码信号。GNSS芯片组同时接收、处理到达相应天线的所有信号，并测算每一个信号的到达时间（TOA），将时间乘以信号速度（即GNSS的光速）就得到对应卫星发射器到接收器的距离，称为伪距。每接收到1个卫星信号，即可以得到1个以该卫星为球心、对应伪距为半径的球，3个这样的球相交可以计算得到一个接收器位置。接收n个（至少4个）卫星的信号，接收器就可以根据n个观测值求解n个等式组成的方程组，其中未知数是x，y，z，δt，（x，y，z）是接收器天线位置，δt是钟差，即用户时钟和卫星时钟的偏差。通常使用最小二乘法估计器或卡尔曼滤波器来处理数据，以优化系统分辨率。GNSS的定位性能与测量精度、接收天线周围的卫星分布密切相关。事实上，发送器和接收器之间的信号路径越直，卫星接收器测距就越精确。

3 基于GNSS的铁路信号应用方案

3.1 欧洲应用介绍

从历史上看，由于欧洲每个国家都制定了自己的铁路基础设施、设备和运营规则，所以造成电气化、机车车辆、维护和开发规则，以及信号系统都存在差异。目前，欧洲正在部署欧洲铁路交通管理系统（ERTMS），以协调规则和法规。ETCS是专用于ERTMS的列车控制系统，其主要部件是铁路专用数字移动通信系统（GSM-R）和欧洲应答器（Eurobalise）。ETCS升级是从0级到3级逐级执行，其首要目标是让当前的外部系统和新的应答器共存，并逐步从轨旁设备控制转变为智能车载控制（第3级）。

在当前的铁路系统中，安全的基础是将轨道划分为由轨旁信号机防护的闭塞分区，控制列车进入或不进入。在ERTMS中依靠轨道电路或应答器防护分区入口，行车许可则取决于前方分区是否有车占用。车载测距子系统将根据列车相对于最后接收到的应答器位置信息进行定位计算。在ETCS的1級和2级控制系统中，基于里程表和信标阅读器提供的信息获取列车定位。虽然装设现场传感器利于人员操作，但是按照ETCS标准进行建设，成本高昂，由此减缓了在全球范围内的部署进程。此外，为了将交通运输从公路吸引到铁路，必须进一步降低成本来改造区域线路和传统线路。业界已经考虑在ETCS的最高级别（ETCS L3）或其区域线路的低等级系统（ETCS Regional）中引入GNSS。在ETCS L3级中，运输部门不需要地面信号，列车应该能够自我定位，所有信息将通过无线网络在ETCS车载系统和轨旁无线闭塞中心（RBC）之间进行交换，除了将列车位置和完整性信息数据传送至RBC外，还可以通过移动闭塞来提高列车通过率。因此，GNSS被认为是新型嵌入式列车定位系统的基础。

GNSS低成本信号解决方案，特别是在最高级ETCS L3和区域ERTMS中的应用，从2000年初就已提上议事日程。欧盟委员会通过持续的框架计划资助了若干项目研究，以探索和促进卫星导航定位的应用。从最开始的APOLO、GADEROS和LOCOPROL项目，到最近的GaLoROI或3InSat项目，可以说在过去10年有数十个此类项目存在。所有这些项目即使是没有实现运营的商业化产品，也都有助于将GNSS引入铁路建设。特别是“虚拟应答器”概念的出现，就是将虚拟点记录在嵌入式地理数据库中，这些点可以是真实的（移除）物理应答器坐标。虚拟应答器的目的是通过比较基于GNSS的列车定位与数据库，来检测列车经过所识别点时的位置。从RUNE开始到最近的3InSat和ERSAT等工程，虚拟应答器已经在许多项目中进行了研究。

目前在欧洲有一条采用轻量化GNSS解决方案长100km的单线铁路，由奥地利应用科技大学开发，Stern&Haffer公司运营。该线路上由车载单元将列车定位信息传送给列车上的控制器，由控制器负责列车的行车许可。2012年4月，欧盟委员会、欧洲铁路局和欧洲铁路协会一同签署了关于加强ERTMS管理合作的谅解备忘录，其中特别提到GNSS可以在铁路行业中发挥重要作用。与此同时，还启动了一些新的举措，例如NGTC项目（下一代列车控制），旨在研究开发新的可与CBTC（基于通信的列车控制）系统互相共存的ERTMS/ETCS，其中卫星定位是NGTC项目的重点之一。此外，欧洲Shift2Rail计划在其第2个关于信号的创新计划（IP2）中，特别关注先进交通管理和控制系统的故障-安全列车定位。

3.2 其他应用介绍

2008年，美国国会颁布了“铁路安全改进法案”，以改善铁路安全。其中最重要的变化是在2015年之前，将主动列车控制（PTC）技术安装在美国大部分铁路线上。而基于GPS的列车定位是PTC结合无线数据链路的基本功能。GPS旨在降低全国铁路上部署应答器的巨大成本（2012年无线通信联合委员会已通过），把轨道信标或差分GPS站点信号与轮对传感器相结合，可以提高方案的可靠性。即使截止日期已经推迟到2018年，联邦铁路管理局仍把“将全国差分全球定位系统（NDGPS）部署为适用于列车控制的全国统一连续定位系统”作为目标。另外，由明尼苏达州交通部开发的一款低成本主动式平交道口防护（HRI-2000）系统也用到GPS。

在澳大利亚，一家基础设施管理公司ARTC正在投资开发基于GNSS和惯性监测系统的自动列车管理系统（ATMS）。该系统可以识别列车前后2m范围的状况，然后将该信息传送到列车控制中心。ATMS的目标是以驾驶室内的车载设备显示取代轨旁信号，具有高可靠性和安全完整性。此方案目前在试验评估，研发团队宣布到2020年将在ARTC公司的线路上推出ATMS。

为实现包括GLONASS/GPS卫星导航技术应用在内的列车控制、信号、自动化和运输安全系统的现代化，专为俄罗斯开发的ITARUS-ATC（ITAlian-RUSsian-自动列车控制）系统，已于2015年在索契试验线上道试验。

中国现代化铁路的安全控制基于中国列车控制系统（CTCS），这是一种基于无线通信的列车自动控制系统（CBTC），它虽然与ERTMS不同，但具有类似的特征。CTCS-3级（最高级）可以通过GPS或应答器提供的移动闭塞和车辆定位信息来保证系统运行。另外，基于GNSS的其他信号解决方案，包括ERTMS L3级别的列车完整性检测系统、节能驾驶管理系统、列车防碰撞系统等，都有了一些应用尝试，本文不一一列举。多线并行识别因需要非常准确的横向精度和非常可靠的信息传输，亦不在本文讨论的范围内。

4 必要的定位性能

航空公司根据国际民航组织标准，确定了所需的定位性能（RNP）。操作分为航行、接近、着陆和飞离，并且通常被航空从业者接受。出于组织和技术原因，铁路与航空在RNP方面并不相同。

4.1 如何确定铁路领域所需的GNSS性能

在GNSS领域内，系统性能由可用性、连续性、准确性以及完整性4个指标决定，主要由航空业推动并由国际民航组织规定，与铁路标准要求没有直接对应关系，只是在可靠性、可用性、可维护性和安全性（RAMS）方面有一定近似性。如“完整性”，對于民航用户意味着所提供位置置信度的量化值;而对于铁路用户，“安全完整性”是指贯穿安全系统生命周期的一系列性能要求，“完整性”的单独使用是指“列车的完整性”，也就是说列车没有丢失任何车厢。

GNSS在铁路上的应用，对其定位性能提出了新的挑战。以往应答器被安装在轨道上的确定位置，其定位数据绝对可靠，而使用GNSS这种嵌入式无线系统，则会产生使用物理应答器时不会遇到的系统准确性或可用性的问题。此外，铁路运营规范、法规和标准也没有如航空用户那样，以操作为依据进行编制。

对于基于GNSS虚拟应答器代替物理应答器的项目，为了使虚拟应答器像物理应答器一样工作，虚拟应答器被预先录入地图数据库，由车载系统测得列车到达每个虚拟应答器的时间。一个典型的由轨道电路防护的闭塞区间。区间轨道电路将检查A和B之间是否存在列车，在向虚拟应答器移动之前，系统应保证前方列车通过（完全）虚拟应答器，首先确保向后方列车提供行车许可之前，A和B之间的轨道为空闲;然后，要求确定列车与虚拟应答器之间位置的精确度，特别是列车尾部的位置。在RUNE项目中，远期目标甚至是允许通过移动闭塞进行操作。表1中总结的性能目标已由欧盟定义，以便提供50m的防护距离，并在防护距离不足时，及时发出警报，以确保定位的完整性。

定义规范的工作必须在准确性和安全性2方面一同进行。在铁路领域，标准定义了不同的安全完整性等级（SIL1至SIL4），明确了对安全相关功能（通过电气/电子/可编程电子系统实现）的要求，确保在使用这些功能时，风险已降至最低，并且是可以接受的。

由于相关功能既可以基于软件，也可以基于硬件，因此这些安全要求并没有特定针对硬件设备或软件系统。根据功能失效时可能出现的事故严重程度和危险发生的概率来评估风险，风险越高，安全要求越高，SIL级别也越高。SIL相关特性一方面通过描述系统设计和开发中的严格性定性参数来定义（以避免错误，尤其是软件设计期间出现的系统错误）;另一方面，当故障可以量化时，则通过故障容许率（THR）的量级来定义。

例如，有关SIL4的定量安全目标在CCS TSI（与互联互通控制指令和信号子系统相关的互联互通技术规范）中有定义，并用下列指标定义了危险目标：对于ERTMS/ETCS建议的危险“超速和/或距离限制”，车载和轨旁ERTMS/ETCS的随机故障容许率（THR）为10-9/h。这一安全目标可以纳入到定位功能中，但它不能视为GNSS解决方案的目标，因为GNSS解决方案只是ETCS车载系统定位功能的一部分。

航空和铁路需求定义之间的差异，使铁路用户难以根据GNSS领域内可理解的经典定位性能，或MOPS（最低运行性能标准），来确定他们的需求。

4.2 量化铁路领域所需的的GNSS性能

部分性能的建议值已经在表1中列出，其他一些建议值需根据特定应用，对准确性和完整性的不同要求（定位的完整性，而不是安全完整性）进行分类。这里面的大多数项目侧重于对特定功能的需求进行量化：GIRASOLE定义了接收器特性，而GRAIL定义了增强型测距的规范。然而，这些数据并未得到官方认可，也从未被当作完整的体系被业界接受。此外，因为铁路是陆路运输模式，GNSS信号接收明显不同于航空，例如在隧道中就接收不到信号。在恶劣的环境中，也会受到多径效应和潜在干扰（有意或无意）的影响。

5 解决方案分析

即使GNSS性能不一定量化，但项目中采用的大多数解决方案都旨在确保最大可用性、准确性或者完整性。这里使用“或”是因为项目中定义的目标不同。例如LOCOPROL强调了在低运量线路上完整性的需求目标，而不是准确性。

5.1 如何确保可用性和准确性

众所周知，单独的GNSS无法在受限制的环境中达到高可用性和高精度，也没有铁路所期望的高安全完整性。事实上，当列车接近建筑物、树木、路堑甚至隧道等易遮挡信号的物体时，会造成卫星信号的多路径传输甚至阻塞。为了应对这些不利因素，一系列解决方案已经提出并发展起来。

虽然《创新让卫星控制触手可得》一文中提出了一种思路，保留了经典的基于里程计的解决方案，同时使用GNSS定位来校准里程计的滑移误差，但是大多数文献的解决方案依赖于（如经典的道路或机器人解决方案）融合不同来源的信息，原则是结合多种特性的传感器，以便综合各个传感技术的优势，来计算出更准确的位置、速度和时间（PVT）。像GADEROS或APOLO这样的项目，提出了多传感器解决方案，使系统既受益于GPS的绝对定位解决方案，同时又可以在常规测量帮助下进行连续和高频定位。里程计是常见的传感器，也有应用涡流传感器的例子。

融合技术有时会补充数字地图，如汽车应用中做的那样。有研究者提出了一种新的用于列车位置确定的双差分算法，可以明确进行轨道约束。但其应用基于默认了地图的可用性、准确性、可靠性和一致性。轨道数据库不与地图进行匹配，不同于经典PVT，列车定位必须通过拓扑坐标显示在轨道网络上。该坐标由轨道ID、轨道长度和列车方向3个要素组成。EATS解决方案将GNSS与无线通信技术（WCT）而非常规传感器定位集成在一起;WCT依赖于GSM-R和UMTS移动通信系统，特别提高了可用性。

5.2 如何确保安全

在航空领域，定位的安全性与完整性监控相关。完整性监控确保用户在安全条件下，使用GNSS解决方案作为优先导航系统。这种监控可以通过RAIM（接收器自主完整性监控）、SBAS（基于卫星的扩大系统）或GBAS（基于地面的扩大系统）3种不同的系统实现，每种系统都有自己的监控策略，主要区别在于SBAS和GBAS会对接收器可用的数据进行广播，从而实时计算其完整性（带有保护）;而在RAIM中接收器必须独立完成完整性验证。RAIM算法包含在接收器中，能对卫星测量进行一致性检查，以检测故障（在伪范围内观察到的重要偏差）。该检查需要同时接收5颗卫星信号，而FDE（故障检测和排除）是RAIM的扩展，最少需要6颗卫星信号。当FDE在检测到故障，排除了故障卫星信号之后，可使系统继续确保完整性。在铁路相关文献中，安全策略技术分为3类。

（1）依赖于冗余。冗余（通常带有表决器）允许系统檢测非相关量。GaLoROI将GNSS与涡流传感器混合，并使用架构冗余（具有独立信道）。与GRAIL2一样，2个通道与表决器相关联（在安全控制器中），以检查通道之间的一致性。LOCOPROL不依赖于传感器或独立通道的冗余，而是利用独立的信号冗余，采用原始算法，一方面利用了轨道的一维特性，另一方面利用成对的GPS卫星，实现信号同步和冗余。实际上，这些算法基于TDOA（到达时间差）技术，而不是通常采用的TOA来计算定位区间。TDOA技术用于成对的GPS卫星信号，可以计算与轨道数据库的双曲面交点，每对卫星及其双曲面交点在轨道上提供一个位置区间，通过合并6个计算区间来确保最终定位置信区间具有高置信度，最终定位置信区间。

（2）基于RAIM或者FDE算法。自从铁路引入GNSS以来，已经提出了许多故障检测算法。如在《多传感器铁路车载导航系统中的故障检测与隔离》一文中，提出了基于chi-square测试和残差监测的故障检测隔离算法，该算法用于新型列车自动控制（ATC）和列车自动保护（ATP）中的多传感器车载导航系统。学者们已经讨论了一些RAIM FDE算法作为LOCOPROL解决方案的补充。LOCOPROL系统提供与列车在区间内的概率相关的置信区间，FDE的目标是确保区间的合理和可用长度。最近，有研究实施了针对完整性的故障检测和诊断（FDD）方案，其架构。其中CKF是一种求容积方式的卡尔曼滤波器，是卡尔曼滤波器的变体;IMU是测量物体三轴姿态角和加速度的装置。

在《基于GNSS的列车综合定位系统的完整性保证》一文中，研究学者提出了一种用于多感知定位系统（加速度计、陀螺仪、里程计、GNSS）的自主完整性监测和保证（AIMA）方案。故障检测和排除过程由多数据融合、地图匹配和位置报告3层组成。在《铁路GNSS定位中增强完整性的解决方案》一文中，发布了一种通过比较实际GNSS海拔和3D行车路线图中既定海拔，来定位误差的检测方法。基于模拟方法证明，可以通过对“高度矩阵”中矢量进行均值（T-检验）和方差（F-检验），来检出GNSS中的水平面误差。在《利用三维轨道地图进行基于卫星的列车定位》一文中，介绍了一种仅处理GNSS卫星信号的方案，对接收到的卫星信号执行一系列检查，以检测潜在损坏的信号或位置。其具体手段包括：丢弃弱信号、利用车厢上的2处天线来比较伪距、通过载波信号多普勒频率验证伪距等。另外一篇《山区铁路线上的卫星信号可接收性：卫星定位能用于安全应用吗？》文章，介绍使用视觉技术区分NLOS卫星信号，具体方法是将相机放在列车顶部，以提供天线周边的环境图像。早期是基于经典镜头，最近已经可以依靠鱼眼镜头提供天线360°环境的图像，然后再应用图像处理技术，对天空和非天空区域进行分类，进而对LOS或NLOS卫星进行分类。

与按固定路线行驶的公交车类似，列车通常是按照预定的路线行驶，所以可以考虑在车载数据库中，预置相应位置的卫星导航数据，其要点是事先确认GNSS卫星的可用性。最近已有研究表明，预先确定接收卫星可用性状态，可以增加GNSS独立定位方案的定位准确性，列车在线运行时的RAIM不可用性，可以通过离线状态下的RAIM可用性预测来补偿。

（3）以EGNOS为基础。EGNOS是欧洲SBAS系统，能够提供测距和校正数据以提高准确度，同时也提供完整性数据，即用户在应用校正值后还可以估计残差。这些残差包括用户差分距离误差（UDRE）和网格电离层垂直误差（GIVE），通常叫'sigmas'。这2个参数可用于确定累积误差，即用于计算保护层级（PL）的水平和垂直位置误差的大致范围。由于EGNOS服务是开放和免费的，适用于大多数项目。民用航空的EGNOS精确进近（PA）和非精确进近（NPA）导航模式，主要是根据特定的航空要求设计，但在沿铁路线的可用性并不是最佳的。据《意大利高速摆式列车上的EGNOS试验》报道，基于LOCOPRO方案，对意大利超过3000km的铁路线进行测试，实测总体可用率为66%。

对于地面传输，可在EGNOS消息的帮助下进行计算的HPL（水平PL）是主要关注点。HPL界定了水平位置误差（HPE）的置信水平，而这一置信水平是从完整性风险标准中推导出来的。在已定义的警报时机（TTA）中，EGNOS依赖于水平警戒限（HAL由：用户定义），HAL可用于完整性监控，并帮助定位系统判定其输出是否可用。除了在测试或评估条件下可以使用可靠的参比来测量外，真正的HPE（水平位置误差）通常无从知晓，HPL就是准确度的指标，并与应用要求所定义的HAL进行比较。

应用EGNOS导航时，可能出现的情况，系统在HPLHAL时不可用。如果估计是正确的，HPE应始终小于HPL，前2种情况。第1种是完整性监测过程正确工作的标称情况，可以放心地使用位置信息;第2种系统声明不可用，不能保证定位信息的安全可靠，列车应由另一个系统定位或停止运行（安全程序），可能会出现一些操作限制但系统仍然是安全的;在第3种情况中，由于某些未检出的故障，HPE有时会超过HPL，此时HPL小于警戒限（HAL>HPL），不会激活报警。如果真实误差仍然低于警戒限（HPE

如今只有航空领域为EGNOS服务的使用定义了特定的指标体系，以及相关的认证和个人授权程序;而且，航空领域的残差由测距完整性监测站（RIMS）估算，这是一种不考虑局域误差的地面站。但是，在陆地运输应用中局域误差是不可忽视的。正是因为EGNOS估算中未包含局域误差，用EGNOS计算的HPL无法正确限定铁路运行环境中遇到的实际定位误差界，此判断将在STARS H2020欧洲项目（2016-2018）中得到验证。结合航空解决方案，有学者在静态实验中，证明EGNOS NPA标准可能适用于铁路领域的安全相关应用，但这还需要更多的研究来证实。在《EGNOS在道路交通领域的应用性能》一文中提到，实测数据表明在道路交通领域，HPL能够在高速公路上限定正确的误差界（HPL<8m），但在城市环境中，接收器仅有15%的时间段是以安全运行模式工作的。

在可用性良好，且局域误差被限制的情况下，可以部署本地完整性监控网络（AIMN -Augmentation and Integrity Monitoring Network）。资料表明，AIMN比EGNOS可以获得更好的准确性。在3inSat项目中，AIMN网络包括测距和完整性监测参考站（RIMRS），用于完整性监测和改进卫星定位的准确性，每个参考站提供校正服务并检测卫星故障。

研究表明，有效强化网络的使用，可以大大减少保护级别。此项工作将在RHINOS H2020欧洲项目中得到开展，旨在开发出综合了GNSS、SBAS和ARAIM（源于航空电子设备）的铁路高完整性导航系统，供用户使用。

6 挑战性问题和未来研究需求

铁路GNSS研究已有超过15年的历史。这些年来，已经开发并证明了许多技术解决方案，提高了人们对这些系统在未来铁路应用中的潜力和优势的认识。一些实质上的进步已经被业界注意到，尚需面临的主要问题如下。

6.1 证明成本效益

RFI（意大利）、DB（德国）、Network Rail（英国）或SNCF（法国）等欧洲运营商，似乎都在认真调查可能通过更换设备带来的收益。针对意大利线路进行的成本效益分析，证实了铁路对GNSS的迫切需求，如果考虑全面部署ERTMS所需的投资（超过10亿欧元），铁路尤其需要GNSS。《卫星定位用于列控系统的市场分析》一文中，使用系统动力学模型证明：在铁路供应商引入产品36个月后，SATLOC解决方案有望获得第一个市场应用。这表明铁路运营商取得的收益将为未来的研究敞开大门，并将加快开发进度。仍然存在的问题是如何运用研究结果去说服更多潜在用户，到目前为止许多人仍然对从传统ERTMS转为使用GNSS持谨慎态度。

后续计划由2个子计划驱动：铁路方面，着力发展ERTMS技术规范互操作性（TSIs）;而GNSS方面，主要是EGNOS系统的演进。

6.2 铁路环境中的GNSS试验

通过新GNSS系统（伽利略、北斗）的部署，近期的项目将基于多星系统解决方案。欧洲项目正期待从伽利略系统获得收益，中国将研究基于GPS和北斗的联合解决方案，日本铁路将从2018年开始受益于QZSS。多星系统的优越性是显而易见的，将提供更好的定位准确性、可用性和可靠性。

本文提到了一系列技术方案，其主要目的是處理列车车载GNSS遇到的掩蔽效应、信号多路径传输、干扰等不利因素，仍有很多技术问题需要从经济、习俗、文化等社会背景方面进行研究。尽管在运行列车上的GNSS接收，在过去一些项目上进行了试验，也较大规模测试了信号接收和定位性能，但还是应当如STARS项目计划的那样，尽快对GNSS在真实环境中的性能作出试验评估，而且实际的验证项目具有帮助用户熟悉这项新技术的重要作用。

评估中的GNSS性能越可接受，所提出的解决方案就越充分完善。无需增加不适当或不必要的传感器，嵌入式列车定位的混合解决方案应能满足应用要求。正如过去在航空领域中的应用，误差建模将会界定这些环境中的误差范围，这种界定对于完整性概念至关重要。实际上，对不确定性的识别可以使系统免受不必要误差的影响。

6.3 定义要求

目前，不同的项目中定位信息的指标要求还没有统一。定义MOPS（最低使用性能标准）将使导航供应商明确铁路应用的需求，并且提供了将现有的导航技术水平与铁路相关需求差距量化的可能性。为了发展下一代EGNOS，并推动其在铁路领域的应用，短期内要完成的任务之一就是确定铁路应用的MOPS。这样可以使相对更熟悉航空领域的GNSS从业者能更好地理解铁路的需求。

6.4 證明安全

提出合适的评估方法，以使传统的RAMS评估适应卫星信号的无线特性，并增加量化的GNSS信号完整性参数，目前这还是一个全新的课题。最近几年已经提出了很多新的方案，但这些方案需要在实际的应用环境中进行验证。此外，如果相关情况允许的话，拟开展的进一步工作将是获得安全认证。

6.5 运营线路试验

必须进行试验以掌握技术，充分考察其在真实铁路环境中的表现，而且还必须认识到需要在试验线上验证，以评估新技术对运行规范的影响，并提供保证安全的必要参数。

6.6 准备认证

最后一项重要事项是认证。对认证相关的工作已经进行了一些初步研究，比如GaLoROI中的一项工程就涉及这方面内容。认证是ERSAT项目中确定的最核心也是最紧迫的问题，它的解决需要NSA（国家安全局）的参与，在不久的将来欧洲铁路局也需要参与进来。

7 结语

综上所述，GNSS在铁路信号系统中的研究应用已有了一定的成熟度，但要说服用户开始部署基于GNSS的信号定位系统，实现在铁路网中的广泛应用，需要有取得认证资质的解决方案，为此仍需开展进一步研究，将上述主要问题予以彻底解决。值得注意的是，铁路行业链上的利益相关方，包括信号制造商、基础设施管理者或运营商都已经在认真考虑GNSS在铁路信号安全相关领域的应用。

注：陈德伟，翻译，原文出处：

Juliette Marais， Julie Beugin， and Marion Berbineau. A Survey of GNSS-Based Research and Developments for the European Railway Signaling. IEEE TRANSACTIONS ON INTELLIGENT TRANSPORTATION SYSTEMS， VOL.18， NO.10， OCTOBER 2017.[1]